JP3678906B2 - 電子内視鏡露光制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電子内視鏡露光制御装置、特に従来の画素混合読出し方式で動画を形成すると共に、撮像素子に蓄積された全画素を読み出して静止画を形成する電子内視鏡で、静止画選択時の露光量を調整する制御内容に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子内視鏡装置では、固体撮像素子として例えばCCD(Charge Coupled Device)が用いられており、このCCDにおいては光電変換素子により画素単位で蓄積される電荷を読み出すことにより、画像信号(ビデオ信号)が得られるように構成される。そして、例えば同時式の電子内視鏡装置では、上記CCDの上面に、画素単位で色フィルタが配置され、これによってカラー画像が得られる。
【0003】
図7には、上記の色フィルタの配列状態が示されており、図示されるように、CCD1の撮像面には、例えば偶数ラインにMg(マゼンタ)、Cy(シアン)の画素、奇数ラインにG(グリーン)、Ye(イエロー)の画素が配列される。このCCD1では、これらの色フィルタを介して画素単位の蓄積電荷(画素信号)が得られる。
【0004】
そして、従来の色差線順次混合読出し方式によれば、上下ラインの画素の蓄積電荷が加算混合されて読み出される。例えば、1回目の露光時に0ラインと1ラインの混合信号、2ラインと3ラインの混合信号、…というような奇数(Odd)フィールドのビデオ信号が読み出され、2回目の露光時に1ラインと2ラインの混合信号、3ラインと4ラインの混合信号、…というような偶数(Even)フィールドのビデオ信号が読み出される。従って、CCD1の2ラインの混合信号がフィールド画像の1ラインの信号となり、1回の露光で奇数又は偶数の1フィールドのデータが得られることになる。
【0005】
図8には、上記CCD1から読み出される信号の動作が示されており、電子内視鏡装置では、図(A)に示されるように、1/60秒(垂直同期期間)毎のO(Odd)/E(Even)信号(フィールド信号)に基づいて奇数フィールドと偶数フィールドを形成している。このため、図(B)に示されるように、上記1/60秒の期間中の電子シャッタの蓄積(露光)時間Tにより信号蓄積が行われ、次の1/60秒の期間で蓄積混合信号の読出しが行われる。この結果、図(C)に示されるように、奇数(Odd)フィールド信号、偶数(Even)フィールド信号が得られることになり、例えばn−1番目の奇数フィールド信号は、図7の左側に示した(0+1)ライン,(2+3)ライン,(4+5)ライン…の混合信号となり、n番目の偶数フィールド信号は、図7の右側に示した(1+2)ライン,(3+4)ライン…の混合信号となる。
【0006】
そして、これらの奇数フィールド信号と偶数フィールド信号は、インターレース走査されて1フレームの画像として形成され、この画像がモニタ上に動画として表示される。また、内視鏡装置では、操作部にフリーズスイッチが配置されており、このフリーズスイッチが押されたときには、そのときの静止画が形成、表示される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記同時式の電子内視鏡装置においては、上記図8(C)で示されるように、1フレーム画像を形成するための奇数フィールド画像と偶数フィールド画像との間に、1/60秒の時間のずれがあり、この間に内視鏡自体のブレや被観察体の動き等があると、静止画を表示する場合は画質(解像度、色ずれ等)が低下するという問題があった。即ち、動画の場合は、上述したCCD1における画素混合読み出しにより、逆に被写体の動き等を忠実に再現する方がよいことが多いが、静止画の場合は解像度が低下してしまう。
【0008】
そこで、本出願人は所定の遮光期間を設け、この遮光期間を利用して1回の露光で得られた全画素のデータを読み出す全画素読出し方式を採用することとしたが、この遮光期間を設定する例えば遮光板の機械的(ギヤ等)な応答の遅れにより全画素読出しの対象となる期間の露光量が不足するという問題がある。即ち、データ読出しのための遮光期間では完全な遮光状態が必要となるので、遮光板はその応答時間を考慮して上記遮光期間の少し手前で動作させており、この際の応答動作(完全な遮光に至るまでの動作)で光量不足が生じる。
【0009】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高画質の静止画と動きを忠実に再現した動画を得るようにした電子内視鏡で、遮光機構の応答遅れによる光量不足を良好に補うことができる電子内視鏡露光制御装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、撮像素子に蓄積された画素信号を上下ライン(水平ライン)間で混合して出力し、動画を形成する撮像素子出力時画素混合読出し方式と、1回の露光で上記撮像素子に蓄積された全画素の信号を読み出し、静止画を形成する全画素読出し方式を備えた電子内視鏡装置であって、上記全画素読出し方式の選択時に全画素信号を読み出すために、露光期間の次の期間を遮光期間として遮光し、かつこの遮光動作の応答遅れ時間を考慮して上記遮光期間の手前から動作させる遮光手段と、この遮光手段による上記露光期間末の一部遮光に伴う光量不足を補うために、当該露光期間における上記撮像素子の電荷蓄積時間を上記撮像素子出力時画素混合読出し方式の選択時よりも長くする電子シャッタ手段と、を設けたことを特徴とする。
【0011】
上記の構成によれば、フリーズスイッチが押されたとき、全画素読出し方式が選択されて静止画が形成される。例えば、所定(1番目とする)の1/60秒の期間(垂直同期期間)内での露光(露光時間は任意)により蓄積された電荷は、2番目の期間(1/60秒)で撮像素子(CCD)の奇数ラインが読み出されて(転送ラインから読み出す)所定のメモリに記憶され、3番目(次の露光時)の期間で残りの偶数ラインが読み出され、これも所定メモリに記憶される。そして、この偶数ラインを読み出せるようにするために、上記2番目の期間の光源光が遮光手段により遮蔽される。
【0012】
即ち、上記奇数ラインの蓄積電荷を順次読み出す2番目の期間に、従来のように次の露光の電荷が蓄積されると、残りの偶数ラインの読出しができない。そのため、本発明では、2番目の期間内での光出力をなくして、3番目の期間で偶数ラインの蓄積電荷を読み出す。これにより、1回の露光で得られた撮像素子の全画素分の信号を読み出すことができる。
【0013】
次に、上記のメモリに最初に記憶された例えば奇数ラインのビデオ信号は、更に位相調整メモリに格納されて、1/60秒だけ遅延され、その後に、混合回路により、奇数ラインと偶数ラインのデータとの間で画素混合処理が行われる。即ち、この画素混合処理は、結果としては撮像素子からの信号出力時に行われる撮像素子出力時画素混合読出し方式と同等の信号を形成するが、1回の露光で得られたデータに基づいて画素混合を行うという点で、撮像素子出力時画素混合読出し方式と区別されるものである。
【0014】
そして、この画素混合信号により奇数及び偶数のフィールド信号が形成され、これらのビデオ信号に基づいて静止画が表示される。従って、静止画は1回の露光で得られた全画素の信号に基づいて形成され、高画質の画像となる。
一方、フリーズスイッチが押されない通常時では、撮像素子出力時画素混合読出し方式が選択されており、従来と同様に撮像素子から読み出された2つの水平ラインの画素が混合されて出力され、被写体の動き等を忠実に再現した動画を得ることができる。
【0015】
しかし、上記の静止画のための遮光動作においては、上述したように、例えば遮光板の機械的な応答遅れにより静止画成形の露光期間で光量不足が生じる。そこで本発明の電子シャッタ手段では、上記の静止画を得る期間の露光時間を動画時よりも長くなるように制御しており、これにより適正光量を獲得して良好な明るさの静止画が表示できることになる。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1には、実施形態の一例としての電子内視鏡装置の回路構成が示されており、この電子内視鏡装置はスコープ(電子内視鏡)10を、画像処理回路を有するプロセッサ装置や光源装置に接続する構成となる。このスコープ10には、その先端部に図7で説明したものと同様の色フィルタを備えたCCD12が設けられると共に、光源ランプ14の光を先端部まで導くためのライトガイド15が配設される。また、スコープ10の操作部には、静止画表示のためのフリーズスイッチ16が設けられる。
【0017】
上記CCD12には、これを駆動すると共に電子シャッタ機能を有するCCD駆動回路18が接続され、この駆動回路18にはタイミングジュネレータ19、メモリの書込み、読出しを含めた各種の制御をするマイコン(マイクロコンピュータ)20が接続され、このマイコン20には上記フリーズスイッチ16の動作信号が入力される。上記CCD駆動回路18は、マイコン20の制御に基づきタイミング信号を入力し、動画のためのCCD出力時画素混合読出し方式と、静止画のための全画素読出し方式の駆動制御をする。
【0018】
例えば、この全画素読出し方式の場合は、1回の露光でCCD12に蓄積された全画素分の蓄積データを、奇数ラインと偶数ラインに分け時間的にもずらして読み出すための2種類のパルスを上記CCD駆動回路18から供給し、これに基づいてCCD12から上記奇数ラインの信号と偶数ラインの信号を別々に順次読み出すための制御を行う。なお、CCD出力時画素混合読出し方式では1種類の読出しパルスを各ラインに与える。
【0019】
そして、このCCD駆動回路18では、静止画選択時に上記マイコン20の制御に基づいて電子シャッタの制御を行う。即ち、当該例では通常では明るさ調整のために電子シャッタの制御を行っていないが、上記フリーズスイッチ16が押された後の所定の期間(静止画用露光の期間)につき、上記CCD12での電荷蓄積時間(TS2)を動画時の電荷蓄積時間(TS1)よりも長くなるように制御する。これにより、次の遮光期間のための遮光板36の応答遅れで生じる光量不足、即ち遮光期間直前の静止画のための露光量の不足を解消することができる。
【0020】
また、上記CCD12の後段には、A/D変換器22を介して全画素読出しのために上記奇数ラインの画像データを記憶する第1メモリ23、偶数ラインの画像データを記憶する第2メモリ24、上記第1メモリ23のデータをそのまま記憶し、読出しのタイミングを1/60秒だけ遅らせるための位相調整用の第3メモリ25、静止画用混合回路26が設けられる。即ち、CCD12で得られた全画素信号は、奇数ラインのデータと偶数ラインのデータに分けられた状態で、それぞれのメモリ23,24に一旦格納されるが、第1メモリ23の奇数ラインデータは1/60秒遅らせることにより、第2メモリ24に格納された偶数ラインデータと同一位相となる。
【0021】
これにより、両方の画像データが同時に読み出せることになり、次段の混合回路26では、第3メモリ25の奇数ラインの画素データと第2メモリ24の偶数ラインの画素データを加算混合(静止画用画素混合処理)することができる。従って、静止画の場合は、この混合回路26で従来の色差線順次混合読出し方式と同等の画素混合信号が形成される。
【0022】
図2には、上述したCCD12から混合回路26までの回路で形成される静止画データの内容が示されている。図(A)に示されるように、CCD12では、走査線数に対応して、0ラインからNラインまで水平ラインが設けられ、この水平ラインの画素データを転送ラインに転送して読み出すように構成される。そして、上記CCD12の奇数ライン(1,3,5…ライン)のデータが図(B)の第1メモリ23(及び第3メモリ25)に格納され、偶数ライン(2,4,6…ライン)のデータが図(C)の第2メモリ24に格納される。
【0023】
これらメモリ25,24のデータは、上述したように混合回路26によって、図(B)と図(C)のライン同士で画素混合が行われ、図(D)に示されるように、0ライン+1ライン,2ライン+3ライン,4ライン+5ライン…の加算演算データが奇数(Odd)フィールドデータとして出力される。また、図(C)の読出しラインを下側に1ラインずらした状態で(図示C1 の位置から読み出す)、図(B)とライン同士で画素混合が行われ、図(E)に示されるように、1ライン+2ライン,3ライン+4ライン,5ライン+6ライン…の加算演算データが偶数(Even)フィールドデータとして出力される。なお、当該例ではCCD12のラインの奇数をODD、偶数をEVEN、インターレース走査の対象となるフィールドの奇数をOdd、偶数をEvenとして区別する。
【0024】
図1において、上記混合回路26の後段には、動画と静止画を切り替える画像切替え回路28が設けられ、この画像切替え回路28では、そのa端子に動画形成のために上記A/D変換器22の出力がLラインを介して供給され、他方のb端子に上記混合回路26の出力が与えられており、上記フリーズスイッチ16が押された時、マイコン20の制御によりa端子からb端子へ切り替えられる。この画像切替え回路28には、DVP(デジタルビデオプロセッサ)29が接続されており、このDVP29では、従来と同様の画素混合読出し方式でのカラー信号処理が施され、例えば色差信号や輝度信号が形成される。
【0025】
このDVP29の後段には、奇数フィールド及び偶数フィールドのデータを記憶する第4メモリ30及び第5メモリ31、第4メモリ30側端子と第5メモリ31側端子を切り替える切替え回路32、D/A変換器33が設けられる。例えば、静止画では上記の第4メモリ30に、図2(D)のデータが色差信号等に変換された奇数フィールドデータが記憶され、第5メモリ31に、図2(E)のデータが色差信号等に変換された偶数フィールドデータが記憶される。
【0026】
一方、上記スコープ10に配設されたライトガイド15に光を供給する光源部では、上記光源ランプ14とライトガイド15の入射端との間に、出射光量を調整する絞り35及び遮光板(遮光手段)36が配置される。この遮光板36は、例えば半円状板を回転させる構成とされ、この遮光板36の回転駆動のために、駆動回路38が接続されている。当該例では、この遮光板36は、1/60秒毎のサイクルのフィールドO/E信号において、上記フリーズスイッチ16が押された後の所定の1/60秒間だけ光を遮断する。
【0027】
また、上記絞り35には絞り制御回路39、上記ランプ14にはランプ駆動回路40が接続されており、この絞り制御回路39は上記DVP29で得られる輝度信号に基づいて絞り35を駆動し、上記ランプ14の出射光量を調整する。
【0028】
当該例は以上の構成からなり、その作用を図3乃至図6を参照しながら説明する。図3(B)に示されるように、フィールドO(Odd)/E(Even)信号として、従来と同様に、1/60秒で1フィールド画像を形成するタイミング信号が用いられる。通常状態では動画処理、即ちCCD出力時画素混合読出し方式を実行するように設定されており、上記図1の遮光板36は光を遮断しない位置に配置され、光源ランプ14からの光はライトガイド15を介して先端部から被観察体内へ照射される。
【0029】
この光照射により、先端部のCCD12では被観察体内の像が捉えられ、この像光に対応した電荷が蓄積される。この蓄積電荷は、CCD駆動回路18からの駆動パルスにより上下ライン間の画素が加算されて読み出され、従来と同様に、図7で説明した画素混合信号が出力される。そして、この動画信号は、A/D変換器22からスルーラインLを介して画像切替え回路28へ供給されており、この画像切替え回路28ではa端子側へ切り替えられることにより、動画信号がDVP29へ供給される。このDVP29から後の動作は従来と同様であり、第4及び第5メモリ30,31に格納された奇数及び偶数フィールド信号に基づいて動画がモニタへ表示される。
【0030】
一方、図1のスコープ10のフリーズスイッチ16が押されると、マイコン20により、上記画像切替え回路28が端子b側へ切り替えられ、画素混合読出し方式から静止画のための全画素読出し方式に切り替えられる。例えば、図3(A)に示されるように、上記フリーズスイッチ16によるトリガーTr1(又はTr2)が与えられたとすると、次のO/E信号の立下がり(t1 )時の手前(詳細は後述)から約1/60秒間だけ、上記遮光板36が光路を塞ぐことになり[図3(C)]、その間、図3(D)のように、光源部からの出力光が遮断される。従って、全画素が読み出される画像データは、遮光された期間より一つ前の1/60秒の期間の光出力LtによりCCD12で蓄積された電荷となる。
【0031】
即ち、図3(E)が図2(B)で示した奇数ラインの読出しパルスP1 、図3(F)が図2(C)で示した偶数ラインの読出しパルスP2 であり、図示のようにt2 時のパルスをなくした読出しパルスP1 及びt1 時のパルスをなくした読出しパルスP2 により、CCD12から奇数(ODD)ラインデータと偶数(EVEN)ラインデータが順に読み出される。従って、奇数ラインの読出しは、上記の遮光期間(t1 〜t2 )に行われ、偶数ラインの読出しは次の期間(t2 〜t3 )の間に行われる。
【0032】
そして、図3(G)には電子シャッタの動作が示されており、ここではパルスの立上り期間の蓄積電荷が掃き出され、立下がり期間の蓄積電荷が読み出される。従って、上記の静止画データ(蓄積電荷)は、厳密にいえば電荷が掃き出された後のg1 部分の露光で得られたものであり、この全画素の電荷がCCD駆動回路18によって読み出される。また、上記g1 後の遮光期間(t1 からt2 )では掃出しが省略される。
【0033】
ところで、上記の遮光期間では、奇数ラインデータを読み出すことから完全な遮光状態とし、CCD12に電荷が蓄積されないようにする必要があり、そのために図4に示す遮光板の制御が行われる。図4は、図3の一部(B,C,D,Gについて)の拡大図であり、図(C)の遮光板制御パルスでは、上記遮光板36の駆動部(ギヤ等)の機械的な応答遅れ時間taを考慮して、その時間taだけ早く立下がるパルスを形成する。そうして、この遮光板36が駆動されると、光源部から出射される光は、図(D)に示されるように、応答期間taで二次曲線的に減衰し、その後完全な遮光状態へ移行することになる。従って、静止画のための光出力Ltでは、光量Laの損失が生じ、図(G)に示されるように、実際の電荷蓄積時間Tsで得られるg1 部分の露光においても、動画の場合と比較すると、上記光量Laの分だけ光量不足となる。
【0034】
そこで、当該例では、上記のtO からt1 の期間での露光量が多くなるように電子シャッタ制御を実行しており、この状態が図5及び図6に示される。図5及び図6の(G)に示されるように、動画選択時の電子シャッタ制御では電荷掃出し期間Th1と電荷蓄積(露光)期間TS1が設定されるが、静止画選択時のtO からt1 の期間では、上記Th1よりも短い電荷掃出し期間Th2が設定されることになる。従って、上記TS1よりも長い電荷蓄積時間TS2(露光g2 )が得られることになり、これによって、図(D)に示される光出力Ltの部分で不足していた光量Laを補うことが可能となる。
【0035】
そうして、このような露光制御でCCD12から得られた上記奇数ラインデータはマイコン20の制御に基づき、図5(H)のように第1メモリ23へ書き込まれ、偶数ラインデータは図5(I)のように第2メモリ24へ書き込まれる。次に、図5(J),(K)に示されるように、第1メモリ23の奇数ラインデータ及び第2メモリ24の偶数ラインデータが2回ずつ読み出され、奇数ラインデータについては、1/60秒の位相調整をするために第3メモリ25へ格納される。従って、図5の(K)と(L)から理解されるように、奇数ラインと偶数ラインのデータは同一位相(タイミング)に揃うことになる。
【0036】
このようにして上記メモリ25,24から読み出された各データは、混合回路26により画素混合されるが、当該例ではこれを可能とするために、図5(M)のように、第1メモリ23と第2メモリ24を書込み禁止とする。そして、これと同一期間に画素混合変換が行われ[図5(N)]、まず図2(D)に示した、0ライン+1ライン,2ライン+3ライン…の加算データが出力され、これが奇数(Odd)フィールドデータとして第4メモリ30に記憶される[図5(O)]。次に、図2(E)に示した、1ライン+2ライン,3ライン+4ライン…の加算データが出力され、これが偶数(Even)フィールドデータとして第5メモリ31に記憶される[図5(P)]。
【0037】
そうして、これらの奇数フィールドデータと偶数フィールドデータが読み出されると同時に、切替え回路32は、各フィールドデータが交互に出力されるように第4メモリ30と第5メモリ31を選択する。これらフィールドデータは、D/A変換器33を介してモニタへ出力され、このモニタにインターレース走査により画像が表示される。この結果、静止画については、同一露光時に得られた全画素データに基づいて画像表示されることになり、高画質で明るさも最適な画像が得られる。従って、1/60秒間に内視鏡自体のブレ、或いは被観察体に動きがあったとしても、その影響が小さい鮮明な静止画の観察が可能となる。
【0038】
上記の例では、動画時に輝度信号に基づいた電子シャッタ機能を実行しないものについて説明したが、従来の電子シャッタ機能を働かせて画面の明るさを調整する電子内視鏡においても、同様に本発明を適用することができる。この場合は、可変制御されている電荷蓄積時間の現在の設定値に対し、所定割合(例えば20〜30%)を増加させるように、掃出しのタイミングを指定すればよいことになる。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、撮像素子出力時画素混合読出し方式で動画を形成し、遮光手段を利用し全画素読出し方式で静止画を形成する電子内視鏡において、電子シャッタ手段を用い、上記全画素読出し方式選択時に遮光手段で遮光される直前の露光期間の撮像素子の電荷蓄積時間を、上記撮像素子出力時画素混合読出し方式選択時よりも長くしたので、高画質の静止画と動きを忠実に再現した動画を得るようにした電子内視鏡で、上記遮光手段の動作の応答遅れに伴う光量不足を補うことが可能となり、良好な明るさの静止画が形成できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態例に係る電子内視鏡装置の全体構成を示すブロック図である。
【図2】図1のCCDから混合回路までの間で読み出される画像データを示す図である。
【図3】実施形態例において電子シャッタ機能を働かせないときの静止画形成動作を示す波形図である。
【図4】図3の動作の一部を拡大した波形図である。
【図5】実施形態例の静止画形成動作を示す説明図である。
【図6】図5の動作の一部を拡大した波形図である。
【図7】従来のCCDにおける色フィルタの構成及び画素混合読出しを説明する図である。
【図8】従来のCCDでの動作を示す説明図である。
【符号の説明】
1,12 … CCD、
10 … スコープ、
14 … 光源ランプ、
16 … フリーズスイッチ、
18 … CCD駆動回路(電子シャッタ機能を含む)、
20 … マイコン(制御手段)、
23,24,25,30,31 … メモリ、
26 … 混合回路、
28 … 画像切替え回路、
29 … DVP(信号処理回路)、
35 … 絞り、
36 … 遮光板。
Claims (1)
- 撮像素子に蓄積された画素信号を上下ライン間で混合して出力し、動画を形成する撮像素子出力時画素混合読出し方式と、1回の露光で上記撮像素子に蓄積された全画素の信号を読み出し、静止画を形成する全画素読出し方式を備えた電子内視鏡装置であって、
上記全画素読出し方式の選択時に全画素信号を読み出すために、露光期間の次の期間を遮光期間として遮光し、かつこの遮光動作の応答遅れ時間を考慮して上記遮光期間の手前から動作させる遮光手段と、
この遮光手段による上記露光期間末の一部遮光に伴う光量不足を補うために、当該露光期間における上記撮像素子の電荷蓄積時間を上記撮像素子出力時画素混合読出し方式の選択時よりも長くする電子シャッタ手段と、を設けた電子内視鏡露光制御装置。
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